CN107631290A - 一种基于膜吸收的烟气余热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃气锅炉烟气余热回收利用和膜吸收技术领域，涉及一种基于膜吸收的烟气余热回收系统。本系统包括燃气锅炉、真空膜水分回收器、膜束换热器、间接换热器、空气预热器、供热管网、烟囱等；烟气通过真空膜水分回收器中的真空中空纤维膜束，将湿烟气中水蒸气与干烟气分离，分离后的干烟气依次通过间接换热器和空气预热器，通过余热将回水和空气加热，同时分离的水蒸汽进入膜束换热器，将阻水性中空纤维膜束中的一次加热回水进一步加热，送入锅炉或就近的二次管网用户，换热后的水蒸气被冷凝，可直接供锅炉补水。该系统能实现烟气的干湿分离，分离后的水蒸汽和干烟气所带热能均被高效利用，节约了水资源并减少了烟囱冒白烟的现象。

Description

一种基于膜吸收的烟气余热回收系统
技术领域
本发明属于燃气锅炉烟气余热回收利用和膜吸收技术领域，特别涉及一种基于膜吸收的烟气余热回收系统。
背景技术
天然气的主要成分是甲烷，燃烧后会产生大量的水蒸气，由于排烟温度一般在180～250℃，水蒸气中的部分显热和全部潜热会随着排烟一起排放到大气中，造成热量流失和水资源浪费，为了减少能源浪费和节约水资源，对烟气余热进行深度热回收和水回收是十分必要的。
目前的余热回收方式有直接接触式换热和间接式换热，间接式换热由于占地面积大，换热热阻较大，换热不充分，且要求换热器要有较高的防腐能力。直接接触式换热虽然能充分的回收烟气的显热和大部分烟气的冷凝热，但是烟气与水换热后的水呈酸性，不能直接使用，造成大量水资源浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于膜吸收的烟气余热回收系统，由燃气锅炉1、真空膜水分回收器3、膜束换热器4、间接换热器5、空气预热器6、一次网回水7、一次网供水9、烟囱18以及一些附属的水泵、风机组成；
其中，燃气锅炉1、真空膜水分回收器3、间接换热器5、空气预热器6、烟囱18依次连接，真空膜水分回收器3和膜束换热器4为一体连接，回收器3中垂直分布的透水性真空中空纤维膜束19与换热器4的腔体相通，阻水性中空纤维膜束20水平分布于换热器4的腔体中并且两边分别连接锅炉1和一次网回水的管道，膜束换热器的冷凝水和空气预热器的预热空气通过管道进入锅炉。
所述燃气锅炉1为一般中小型燃气锅炉，以燃气14作为燃料，将热量传递到锅炉进水8后，形成一次网供水9进行供热。
所述真空膜水分回收器3采用了中空纤维，中空纤维内部为真空，利用中空纤维膜两侧的压差，将锅炉出口的湿烟气2进行干湿分离，脱湿后的烟气进入间接换热器5，分离出的高温水蒸气进入膜束换热器4。
所述膜束换热器4由一种具有阻水性的中空纤维膜束组成，利用中空纤维膜束外侧的水蒸气冷凝放出的热量加热经过间接换热器5初步加热后的一次加热回水17，经过进一步加热后变成锅炉进水8，而水蒸气冷凝形成的冷凝水12可作为锅炉补水使用。
所述间接换热器5为一个烟气与水换热的间接换热器，来自真空膜水分回收器3的干燥烟气15与一次网回水7进行热量交换，一次网回水7经过加热变成一次加热回水17，随后进入膜束换热器4，而干烟气经过换热降温后变成温度较低的烟气16，随后进入空气预热器6。
所述空气预热器6为一般的烟气与空气热量交换的间接换热器，烟气16中热量被传递到空气10中，预热后的空气11进入锅炉进行燃烧，换热后的烟气进入烟囱18随后被排放到大气中。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1.真空膜水分回收器具有将湿烟气进行干湿分离的特点，脱湿后的干烟气露点温度降低，后续进行换热时，能够保证在较低温度下不发生冷凝，有效解决了烟气余热回收要求防腐的问题。
2.分离出的高温水蒸气在膜束换热器中与一次网回水换热后冷凝，由于真空膜水分回收器和膜束换热器中两种膜的特性，水蒸气换热后形成纯净的冷凝水，可作为锅炉补水使用，有效解决了水资源浪费问题。
3.本发明提供的基于膜吸收的烟气余热回收系统不仅能够高效回收烟气余热，而且能够有效回收烟气中水分，具有提高锅炉热效率，节约水资源等优点。
附图说明
图1为基于膜吸收的烟气余热回收系统的示意图。
图2为真空膜水分回收器与膜束换热器示意图
其中图中附图标记与部件名称之间的对应关系为：1-燃气锅炉，2-高温湿烟气，3-真空膜水分回收器，4-膜束换热器，5-间接换热器，6-空气预热器，7-一次网回水，8-锅炉进水，9-一次网供水，10-空气，11-预热后空气，12-冷凝水/锅炉补水，13-排放烟气，14-燃气，15-脱湿后高温烟气，16-脱湿后低温烟气，17-一次加热回水，18-烟囱，19-透水性真空中空纤维膜束，20-阻水性中空纤维膜束。
具体实施方式
本发明提供了一种基于膜吸收的烟气余热回收系统，下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1所示为基于膜吸收的烟气余热回收系统的示意图。所述基于膜吸收的烟气余热回收系统，主要由燃气锅炉1、真空膜水分回收器3、膜束换热器4和间接换热器5、空气预热器6、一次网回水7与一次网供水9、烟囱18以及一些附属的水泵、风机组成；
其中，燃气锅炉1、真空膜水分回收器3、间接换热器5、空气预热器6、烟囱18依次连接，真空膜水分回收器3和膜束换热器4为一体连接(如图2所示)，回收器3中垂直分布的透水性真空中空纤维膜束19与膜束换热器4的腔体相通，阻水性中空纤维膜束20水平分布于换热器4的腔体中并且两边分别连接锅炉1和一次网回水的管道，膜束换热器的冷凝水和空气预热器的预热空气通过管道进入锅炉。
本发明所述的真空膜水分回收器3和膜束换热器4，利用了中空纤维疏水膜和中空纤维亲水膜的特性，燃气锅炉1燃烧产生的高温湿烟气2首先进入真空膜水分回收器中，将高温湿烟气进行干湿分离，脱湿后的高温烟气15进入间接换热器5，高温水蒸气进入透水性真空中空纤维膜束19，随后进入膜束换热器4。脱湿高温烟气15的水蒸气含量较少，露点温度很低，为后续余热回收提供基础。
脱湿的高温烟气15在间接换热器5中，烟气中热量被进一步回收，传递到一次网回水7中，在间接换热器中温度较低的一次网回收7与烟气进行间接换热，烟气中绝大部分显热被回收，由于脱湿高温烟气15的水蒸气含量较少，露点温度很低，因此即使在只发生显热回收的情况下，脱湿高温烟气中的绝大部分热量也会被回收。
换热后的低温烟气16进入空气预热器6中，热量被进一步回收利用，用来预热空气10，预热后空气11进入锅炉，进一步提高锅炉热效率。
在膜束换热器中，中空纤维膜束管外侧高温水蒸气与中空纤维膜束管内的一次加热回水17进行热交换，高温水蒸气冷凝发出热量传递到一次加热回水17中，这里一次网回水温度进一步提高，既可作为锅炉进水8，也可送入就近的二次网供水管道，直接供热用户使用。
高温水蒸气换热后产生的冷凝水，由于其在整个过程中都未与其他介质接触，因此可认为是纯净水，可直接做为锅炉补水12，在高效回收余热的同时，又有效的回收了烟气中的水分，节约了水资源。
如图2所示的真空膜水分回收器和膜束换热器的工作原理，在真空膜水分回收器3中，高温湿烟气2中的水蒸气能够快速的通过透水性真空中纤维膜束19进入膜束管内，而烟气中其他组分则不能透过中空纤维膜进入膜束管内。因此，就实现了高温湿烟气的干湿分离。膜束管内的高温水蒸气随后进入膜束换热4中，膜束换热器中的膜为阻水性中空纤维膜束20，在阻水性中空纤维膜束外侧为高温水蒸气，内侧为被初步加热的一次加热回水17，两者进行间接换热，高温水蒸气冷凝发出热量传递到一次加热回水17中。
综上所述，本发明所述的基于膜吸收的烟气余热回收系统，可以在高效回收烟气余热的同时，回收烟气中的水分，并且回收后水分不需后续处理，可直接作为锅炉补水使用。不仅深度回收了烟气余热和大量冷凝水，还一定程度上避免烟气换热的腐蚀问题。具有提高锅炉热效率，节约水资源等优点。

Claims (6)

1.一种基于膜吸收的烟气余热回收系统，其特征在于，系统主要由燃气锅炉(1)、真空膜水分回收器(3)、膜束换热器(4)和间接换热器(5)、空气预热器(6)、一次网回水(7)、一次网供水(9)、烟囱(18)以及一些附属的水泵、风机组成；
其中，燃气锅炉(1)、真空膜水分回收器(3)、间接换热器(5)、空气预热器(6)、烟囱(18)依次连接，真空膜水分回收器(3)和膜束换热器(4)为一体连接，真空膜水分回收器(3)中垂直分布的透水性真空中空纤维膜束(19)与膜束换热器(4)的腔体相通，阻水性中空纤维膜束(20)水平分布于膜束换热器(4)的腔体中并且两边分别连接燃气锅炉(1)和一次网回水(7)的管道，膜束换热器(4)的冷凝水/锅炉补水(12)和经过空气预热器(6)的预热后空气(11)通过管道进入锅炉。
2.根据权利要求1所述的基于膜吸收的烟气余热回收系统，其特征在于，所述燃气锅炉(1)为中小型燃气锅炉，以燃气(14)作为燃料，将热量传递到锅炉进水(8)后，形成一次网供水(9)进行供热。
3.根据权利要求1所述的基于膜吸收的烟气余热回收系统，其特征在于，所述真空膜水分回收器(3)采用了具有水分子选择性涂层的中空纤维膜束组成，中空纤维膜束内部为真空，利用膜束内外的压差，将锅炉烟气出口的高温湿烟气(2)进行干湿分离，随后脱湿后的烟气进入间接换热器(5)，分离出的高温水蒸气进入膜束换热器(4)。
4.根据权利要求1或3所述的基于膜吸收的烟气余热回收系统，其特征在于，所述膜束换热器(4)由一种具有阻碍水分子透过的中空纤维膜束组成，利用膜束外侧的水蒸气冷凝放出的热量加热流经间接换热器(5)后被初步加热的一次加热回水(17)，经过进一步加热后变成锅炉进水(8)，而水蒸气冷凝形成的冷凝水(12)作为锅炉补水使用。
5.根据权利要求1或3所述的基于膜吸收的烟气余热回收系统，其特征在于，所述间接换热器(5)为一个烟气与水换热的间接换热器，来自真空膜水分回收器(3)的干燥烟气(15)与一次网回水(7)进行热量交换，一次网回水(7)经过加热变成一次加热回水(17)，随后进入膜束换热器(4)，而干烟气经过换热降温后变成温度较低的烟气(16)，随后进入空气预热器(6)。
6.根据权利要求1或5所述的基于膜吸收的烟气余热回收系统，其特征在于，所述空气预热器(6)为烟气与空气热量交换的间接换热器，烟气(16)中热量被传递到空气(10)中，预热后的空气(11)进入锅炉进行燃烧，换热后的烟气进入烟囱(18)随后被排放到大气中。
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